金风70/1500kW机组FREQCON变流系统常见故障原因分析及处理

孟立强

摘要：本文主要针对金风70/1500kW机组FREQCON变流系统常见故障，通过对FREQCON变流系统组成、作用及工作原理介绍，结合现场故障实例对FREQCON变流系统常见故障原因进行分析，并提出具体的解决方法及预防措施。

关键词：变流系统;IGBT;故障

1、FREQCON变流系统简介

1.1FREQCON变流系统由直驱永磁同步发电机、发电机侧断路器、无功补偿电容组、二极管整流电路、Boost斩波升压电路、直流母排、直流母排电容、放电电阻、制动电路、逆变器电路、LCL滤波电路、变压器及电网组成。

1.2FREQCON变流系统的主要作用是把风力发电机发出的不稳定低频交流电，经过电机侧整流单元整流，变换成直流电，再由三重斩波升压单元斩波升压后送到直流母排上，最后通过逆变单元把直流电逆变成和电网电压、频率和相位相匹配的交流电送入电网。

1.3FREQCON变流系统主电路拓扑结构图

1.3变流器启动流程

2、FREQCON变流系统常见故障分析处理

2.1变流系统常见故障

1）直流电压低--变流器故障;

2）直流电压高--变流器故障;

3）塔底运行风扇故障;

4）塔底运行风扇反馈丢失故障;

5）变流器未准备、反馈丢失故障;

6）变流器直流电流（斩波升压IGBT）故障;

7）变流器网侧逆变IGBT故障;

8）变流器斩波升压IGBT故障;

9）制动单元IGBT过流故障等。

2.2现场变流故障统计

1）因变流控制器自身故障导致IGBT及其快速熔断器损坏;

2）主控柜因散热不良，柜内温度过高，或控制线缆连接线路干扰，使变流器运行不稳定，导致机组报故障;

3）网侧电压低持续时间过长，导致机组母排电压高持续时间长，或引起机组低电压穿越，致使制动电阻和IGBT损坏。

2.3变流器故障一般处理流程

第一、查看变流控制器信号指示灯，查找是哪个单元报故障，确认故障单元后，并打开IGBT柜检查是否有明显损害灼伤痕迹，是否有短路烧焦味道，以确认变流控制器是否正常;

第二、检查IGBT快速熔断器是否完好，熔断后指示钮弹出;

第三、IGBT测量方法：注意：所有操作必须在主断路器断开，正、负直流母排放电完毕后才可进行！

打开IGBT柜门，用直流电压档测量直流母线电压，确认电压低于24V。然后将万用表设为二极管档位，按照下表测量功率模块，并记录数据。

第四、对IGBT进行测试，如无异常可开机。

2.4故障实例

2.4.1故障描述：

2013年10月26日18点30分现场G2-2风力机组报“IGBT-OK丢失”故障，18点34分机组G1-11报同一故障，进入风机均能闻到烧焦的味道，打开IGBT柜未见明显特征，在塔底发现制动电阻外壳烧黑其连接电缆头烧焦，其中G1-1风机制动电阻外壳烧黑现象较为严重。

2.4.2原因分析及处理：

1）用万用表测量直流母线电压确认安全后，对所有IGBT进行测量，均无异常。

2）测量制动电阻阻值后确认制动电阻已烧毁，需要更换。

3）根据前面的介绍，制动单元的作用是当变流器检测到直流母排电压过高（大于1200VDC）时，制动单元工作，通过制动电阻释放直流母排上多余的能量，维持母排电压。经前两步检查测量，初步判断此次故障原因是由于制动电阻过度消耗直流母排上多余能量引发过热所致。

4）为了找到直流母排产生多余能量的原因，联系到风机故障时刻前十分钟左右，現场风速由原来7.5m/s升至10.5m/s，风速增大的同时，机组发电机转速升高，电网中产生的感性无功增加，因此需要给电网补充容性无功来平衡由于变压器、发电机等电气设备产生的感性无功。而如果未能及时或足够的投入SVG、电容组等容性补偿设备，电网只能通过短时降低有功功率来提升容性无功功率。事实上，根据金风1500kW风力机标准功率曲线，风速由7.5m/s升至10.5m/s时，风机功率将由518kW升至1415kW，全场（33台风机）有功功率将迅速增加，由原来1.7万千瓦增至4.7万千瓦，电流也迅速增大，而短时降低有功功率只能使电网电压短时跌落。35kV母线电压曲线，自起风后电压一直处于波动跌落状态（截止风机故障时刻时长约50分钟），风机故障时刻35kV母线B相线电压跌落至最低电压32kV。

5）综上分析，造成此次风机故障的主要原因是起风过程中电网电压持续波动跌落，致使机组母排过电压持续时间过长，制动单元连续工作，制动电阻大量消耗直流母排多余能量，造成制动电阻发热直至烧毁。其中G1-11风机制动电阻烧毁较严重的原因是随着电网电压持续跌落，机组故障时刻网侧电压已跌落至321.787V，引发机组低电压穿越，导致制动电阻烧毁较严重。

2.4.3预防措施：

1）对测风塔及风功率预测设备加强巡视检查，确保设备正常的数据传输;

2）及时清理SVG等装置灰尘，保持散热通畅，确保设备可靠运行;

3）实时关注风速预测曲线及35kV母线电压，在大风天气特别是风速开始增大时，根据母线电压情况及时投入电容器组等无功补偿设备，防止母线电压过渡跌落。

结束语

作为生产一线运维工作人员，我们应当及时发现风机存在的隐患和缺陷，制定具体的预防和处理措施，达到不断减少风机故障的目的。

参考文献

[1]黄文禄.金风1500KW风力发电机机组电控原理介绍

[2]孙伟.金风1.5MW风力发电机组的变流系统介绍